تهدف بطارية أيون الصوديوم CATL إلى تحسين فقدان نطاق السيارة الكهربائية في فصل الشتاء

قد يحمل العنصر المشترك الموجود في ملح الطعام المفتاح لتشغيل الموجة القادمة من اعتماد السيارات الكهربائية في الصين.

من المقرر أن يتم طرح السيارات التي تحتوي على بطارية أيون الصوديوم، وهي تقنية ناشئة، للبيع في البلاد في منتصف عام 2026، وفقًا لشركة تصنيع البطاريات، شركة Contemporary Amperex Technology (CATL) ومقرها الصين، وشركة تصنيع المركبات، شركة تشونغتشينغ، شركة Changan Automobile ومقرها الصين.

وحتى لو كان من غير المرجح أن تصل هذه المركبات الكهربائية إلى الولايات المتحدة، فإن إعلان شركة CATL – التي تنتج ما يقدر بنحو 40% من المعروض العالمي من بطاريات السيارات الكهربائية في العالم، باعتبارها أكبر شركة لتصنيع بطاريات السيارات الكهربائية في العالم – يقدم إشارة مبكرة حول ما إذا كانت تكنولوجيا أيونات الصوديوم يمكنها في النهاية خفض تكاليف البطارية أو تحسين أداء المركبات الكهربائية في الشتاء.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

تقول CATL إن البطارية، التي تسمى Naxtra، يمكن أن تعمل بثبات عند -50 درجة مئوية (-58 درجة فهرنهايت) – وهي ميزة يمكن أن تعالج أحد أكبر عيوب المركبات الكهربائية: المدى المتناقص والشحن البطيء الناجم عن البرد الشديد. بالنسبة لأي شخص شاهد مدى انخفاض سيارته في صباح بارد، من الصعب تجاهل هذا الادعاء.

يقول ليو تشينجوانج، الباحث في مجال البطاريات بجامعة شيان جياوتونج-ليفربول في الصين: “قد يفيد ذلك مناطق باردة أخرى أيضًا، مثل أجزاء من الولايات المتحدة، وكندا، وأوروبا”. سكان مينيسوتا وسكان شمال ولاية نيويورك، ابتهجوا.

التغلب على البرد

يتم تشغيل غالبية المركبات الكهربائية في العالم حاليًا بواسطة بطاريات أيونات الليثيوم، وهي أقوى من بطاريات أيونات الصوديوم ولكنها تؤدي أداءً مختلفًا في الطقس البارد عما تفعله في الظروف الدافئة. في درجات الحرارة المنخفضة، توفر العديد من المركبات الكهربائية التي تعمل ببطارية الليثيوم أيون طاقة أقل ويتم شحنها بشكل أبطأ.

تقوم البطاريات بتخزين الطاقة وإطلاقها عن طريق نقل الجزيئات المشحونة بين الأقطاب الكهربائية من خلال المنحل بالكهرباء؛ درجات الحرارة الباردة تجعل هذه العمليات بطيئة.

كما يوحي الاسم، تقوم بطاريات أيونات الصوديوم باستبدال الليثيوم بالصوديوم، وهو عنصر متوفر بكثرة في الأملاح.

على الرغم من أن أيونات الصوديوم أكبر، إلا أنها تشكل روابط أضعف مع المنحل بالكهرباء السائل مقارنة بالليثيوم. ويقول ليو إن هذا يسمح لها بالانفصال والتحرك بسهولة أكبر بكثير من أيونات الليثيوم، حتى عندما يجعل البرد المنحل بالكهرباء سميكًا. “الطقس البارد يجعل جميع الأيونات تتحرك بشكل أبطأ، لكن الأنظمة المعتمدة على الصوديوم غالبًا ما تكون أقل تأثراً، لذا يمكنها الاحتفاظ بقدر أكبر من الطاقة والقدرة في الشتاء.”

تدعي شركة CATL أنه عند درجة حرارة -30 درجة مئوية (-22 درجة فهرنهايت)، يمكن لشركة Naxtra توفير ما يقرب من ثلاثة أضعاف قوة التفريغ من بطاريات LFP المكافئة، أو بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد (LFP)، وهي البطاريات الرخيصة ذات النطاق القياسي التي تهيمن على سوق السيارات الكهربائية الصينية. تشير الشركة إلى أنه يمكن شحن البطارية بنسبة 90 بالمائة كاملة عندما تنخفض درجة الحرارة إلى -40 درجة مئوية (-40 درجة فهرنهايت) وتحقق “توصيل طاقة ثابتًا” عند -50 درجة مئوية في ظروف الاختبار.

يقول كينيل راجبورا، عالم المواد في جامعة بانديت ديندايال للطاقة في الهند، إن الشحن والتفريغ عند درجة حرارة -50 درجة مئوية “ممكن علميًا، رغم أنه يمثل تحديًا كبيرًا”. ويقول إن الوصول إلى درجات الحرارة هذه يعتمد على الاستخدام الدقيق للمواد وتصميم العبوات، بما في ذلك الشوارد الكهربائية التي تستمر في العمل في البرد القارس.

وبالمقارنة، فإن العديد من بطاريات الليثيوم أيون تعاني عند تلك الحدود القصوى. يوضح ليو: “في درجات الحرارة هذه، لن توفر معظم بطاريات الليثيوم أيون سوى جزء صغير جدًا من سعتها الأصلية ما لم تحتوي العبوة على نظام تسخين نشط”.

يمكن أن يكون الشحن في البرد أيضًا محفوفًا بالمخاطر بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون لأن الأيونات لا تستطيع دخول الأنود بسرعة كافية، مما يؤدي إلى التصاقها بالسطح. يقول راجبورا إن ذلك يمكن أن يؤدي إلى تلف البطارية، وفي أسوأ الحالات، يسبب مخاطر تتعلق بالسلامة.

ومع ذلك، فإن الأرقام التي شاركتها CATL هي على الأرجح أفضل النتائج من الاختبارات الخاضعة للرقابة، وفقًا لشينغ لي، المحلل المستقل لصناعة السيارات الصينية ومقره الولايات المتحدة. يقول شينغ إنها بمثابة نقاط مرجعية يجب على المرء أن “يأخذ معها حبة ملح”. وستعتمد كيفية أداء هذه المركبات الكهربائية في العالم الحقيقي على مجموعة من العوامل، بما في ذلك كيفية استخدام العملاء لها.

تخزين المزيد من الطاقة

وعلى مدى العقد الماضي، أنفقت CATL ما يقرب من 10 مليارات يوان (1.4 مليار دولار) وعينت أكثر من 300 موظف لتطوير بطاريات أيونات الصوديوم، وفقًا للشركة.

وضعت شركة CATL أولى بطاريات أيونات الصوديوم في سيارة مصنعة من قبل شركة شيري في عام 2023. ومع ذلك، كان مدى تلك المركبات يبلغ 170 كيلومترًا فقط وبيعت بشكل سيئ، وفقًا لتحليل أجراه معهد ستارتنج بوينت للأبحاث ومقره شنتشن.

لكن من المتوقع أن يصل مدى النموذج المعلن عنه حديثًا إلى 400 كيلومتر في دورة اختبار المركبات الخفيفة في الصين (CLTC)، وهو اختبار معملي، وذلك بفضل كثافة الطاقة المحسنة في Naxtra. غالبًا ما تأتي أرقام الاختبارات المعملية لـ CLTC أعلى من تصنيفات نطاق وكالة حماية البيئة الأمريكية، وقد يرى السائقون نطاقًا أقل في العالم الحقيقي. الرقم الذي قدمته CATL يصل إلى 175 واط/ساعة لكل كيلوغرام، وهو ما يمثل حوالي 90 بالمائة من كثافة الطاقة لبطاريات LFP الحالية.

ويطلق راجبورا على هذا الرقم اسم “الحدود التجارية العليا” لتكنولوجيا أيونات الصوديوم الحالية. ويطلق ليو على هذا الرقم اسم “الرقم القوي” الذي يشير إلى أن بطاريات أيون الصوديوم أصبحت عملية بالنسبة للسيارات ذات المدى الأقصر والتي تركز على المدن.

كما يعمل نظام “من خلية إلى حزمة” الخاص بـ CATL على تعزيز كثافة الطاقة عن طريق وضع خلايا البطارية مباشرة في حزمة بدلاً من تجميعها في وحدات منفصلة أولاً، مما يؤدي إلى تقليل المواد والوزن الزائد، كما يقول تشين شان، المحلل في شركة أبحاث الطاقة Rystad Energy.

على الرغم من وفرة الصوديوم، فإن سلسلة التوريد الحديثة تعني أن تصنيع هذه البطاريات حاليًا أكثر تكلفة بنسبة 30 بالمائة تقريبًا من تصنيع بطاريات ليثيوم أيون مماثلة في الصين، مما يدفع الإنتاج الضخم بشكل واقعي نحو نهاية هذا العقد، كما يقول شينغ.

يقول Phate Zhang، مؤسس منفذ أخبار السيارات الكهربائية CnEVPost ومقره شنغهاي، إنه إذا كان أداء السيارة جيدًا في درجات حرارة منخفضة دون أن تكلف الكثير، فقد تجد تكنولوجيا أيونات الصوديوم موطئ قدم في المناطق الباردة. ويقول: “إذا لم يكن الأمر كذلك، فقد تظل كيمياء متخصصة في الوقت الحالي”.